引言随着焚烧技术不断发展，现代化焚烧技术能够同时实现垃圾处理的减量化、无害化和资源化[1]。我国垃圾焚烧技术起步于20世纪80年代，目前已完成机械炉排焚烧炉国产化和大型化进程。《2023年中国垃圾焚烧发电行业专题调研与深度分析报告》显示，中国2019年焚烧厂垃圾处理量达1.2亿t/a，截至2020年6月1日，我国在运行的垃圾焚烧厂总计455座。根据IPCC估算，每年全球温室气体排放中，由固体废弃物填埋产生的甲烷约占3%~4%（IPCC，2001）[2]。生活垃圾焚烧发电厂既能避免生活垃圾填埋产生温室气体甲烷，又能代替化石燃料清洁发电，具有“控制甲烷排放＋代替化石燃料发电”的双重降碳功效[3]。因此，生活垃圾焚烧行业的温室气体排放核算以及碳减排技术具有研究意义。以北京市某生活垃圾焚烧发电厂为研究对象，基于实际项目设计、运行数据进行碳排放计算、监测及核查。1MRV模型简介MRV模型是由德国国际合作机构(GIZ)委托北京中创碳投科技有限公司作为项目咨询服务的牵头方，联合中国城市建设研究院有限公司、北京中环博宏环境资源科技有限公司，共同开发的覆盖垃圾管理领域全流程管理的温室气体减排监测、报告和可核查的模型（简称MRV模型）。MRV模型编制借鉴国内外温室气体排放核算方面的指南以及清洁发展机制(CDM)、中国自愿减排(CCER)项目方法学等相关领域的研究成果和实践城市生活垃圾管理温室气体减排MRV模型经验，模型适用于计算城市生活垃圾收运、处置和回收环节产生的减排量，旨在评估城市综合垃圾管理各项改进措施带来的温室气体减排量。文中针对生活垃圾焚烧发电厂的温室气体排放进行计算。2城市生活垃圾焚烧发电厂温室气体识别2.1城市生活垃圾焚烧发电厂工艺流程城市生活垃圾焚烧发电厂是实现垃圾减量化、无害化和资源化的最佳途径。城市生活垃圾焚烧发电厂工艺流程如图1所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.04.017.F001图1城市生活垃圾焚烧发电厂工艺流程2.2城市生活垃圾焚烧发电厂温室气体识别MRV模型明确了垃圾处置环节，焚烧工艺涉及8个温室气体排放源，包括火炬燃烧产生的CH4排放、化石燃料燃烧产生的CO2排放、外购电力产生的CO2排放、有机废水处理产生的CH4排放、发电替代电网供电而避免产生的CO2排放、供热替代热网供热而避免产生的CO2排放、焚烧过程中产生的CO2排放、焚烧过程中产生的CH4和N2O排放。垃圾焚烧项目的实施过程基于环保、高效的原则，有效控制温室气体排放源。生活垃圾焚烧处置项目温室气体排放源如图2所示。图2展示了生活垃圾焚烧项目厂界内工艺流程，标注了温室气体排放源。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.04.017.F002图2垃圾焚烧处置项目温室气体排放源垃圾焚烧发电厂温室气体识别及计算建议如表1所示。对MRV模型中温室气体排放源进行详细介绍，序号1和序号4排放源的计算需在MRV模型基础上进行优化调整。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.04.017.T001表1垃圾焚烧发电厂温室气体识别及计算建议序号排放源名称实施项目描述处置措施计算建议1火炬燃烧产生的CH4（垃圾池内沼气入炉燃烧产生的CH4）垃圾在垃圾池内存放5~7 d，产生的沼气由一次风机从垃圾池内吸风，保持垃圾池负压。名称变为垃圾池内沼气入炉燃烧产生的CH4。进入焚烧炉充分燃烧，高空排放。计算2化石燃料燃烧产生的CO2焚烧炉启动或垃圾热值较低时，需要添加辅助燃料。添加轻质柴油，燃烧后高空排放。计算3外购电力产生的CO2机组启、停机及机组停运期间，发电厂设备运行所需电能需要经启备变由电力系统向发电厂输送。需外购电计算4有机废水处理产生的CH4焚烧厂垃圾池内存储的垃圾会产生渗沥液，输送至渗沥液处理站处置，厌氧工段产生的甲烷气体。进入焚烧炉充分燃烧，高空排放。计算5发电替代电网供电而避免产生的CO2焚烧发电厂焚烧产生的热量用于发电，替代化石燃烧发电，从温室气体排放总量中扣减。扣减相应温室气体的量。计算6供热替代热网供热而避免产生的CO2无无无7焚烧过程中产生的CO2根据垃圾中化石碳含量，计算CO2的量。高空排放计算8焚烧过程中产生的CH4和N2O根据相应的排放因子计算。高空排放计算注：温室气体排放源序号与图2中序号一致。3项目温室气体排放强度计算3.1计算模型（1）城市生活垃圾焚烧处置项目排放量计算。PEINC,x=PECO2,INC,x+PECH4,N2O,INC,x+PEFL,INC,x+PEFC,INC,x+PEEC,INC,x+PEWW,INC,x-PEES,INC,x-PEHS,INC,x (1)式中：PEINC,x——x年项目产生的排放量，tCO2e；PECO2,INC,x——x年项目焚烧过程产生的二氧化碳排放量，tCO2；PECH4,N2O,INC,x——x年项目焚烧过程产生的甲烷和氧化亚氮排放量，tCO2e；PEFL,INC,x——x年项目垃圾池内沼气入炉燃烧产生的排放量，tCO2e；PEFC,INC,x——x年项目化石燃料消耗产生的排放量，tCO2；PEEC,INC,x——x年项目外购电力消耗产生的排放量，tCO2；PEWW,INC,x——x年项目有机废水处理产生的排放量，tCO2e；PEES,INC,x——x年项目电力供应替代电网供电而避免产生的排放量，tCO2；PEHS,INC,x——x年项目热力供应替代热网供热而避免产生的排放量，tCO2。项目总排放量计算公式保留了MRV模型的计算公式，对PEFL,INC,x和PEww,INC,x分别进行了优化。（2）垃圾池内沼气进入炉燃烧产生的CO2排放。计算内容对应表1中序号1排放源，此部分气体进入焚烧炉焚烧，燃烧效率按照焚烧炉燃烧效率计算。PEFL,INC,x=GWPCH4×F1CH4,INC,x×1-ŋINC (2)F1CH4,INC,x=VCH4,INC,x×FCH4×ρCH4 (3)式中：PEFL,INC,x——x年项目垃圾池沼气进入焚烧炉焚烧后产生的排放量，tCO2；GWPCH4——甲烷全球变暖潜势值，tCO2e/tCH4；FCH4,INC,x——x年项目垃圾池沼气中甲烷的量，tCH4；ŋINC——焚烧炉燃烧效率，取0.97；VCH4,INC,x——x年项目垃圾池沼气进入焚烧炉的量，m3；FCH4——x年项目垃圾池沼气中甲烷的缺省含量；ρCH4——甲烷的密度，kg/m3。（3）化石燃料燃烧产生的CO2排放。计算内容对应表1中序号2排放源。PEFC,INC,x=∑iFCi,INC,x×NCVi,INC,x×CCi×OFi×44/12 (4)式中：PEFC,INC,x——x年项目化石燃料消耗产生的排放量，tCO2；FCi,INC,x——x年项目化石燃料i的消耗量，t或万m3；NCVi,INC,x——x年项目化石燃料i的低位发热值，GJ/t或GJ/万m3；CCi——化石燃料i的单位热值含碳量，TC/GJ；OFi——化石燃料i的碳氧化率；i——化石燃料种类；44/12——二氧化碳与碳分子量。（4）外购电力产生的CO2排放。计算内容对应表1中序号3排放源。PEEC,INC,x=ECINC,x×EFEL (5)式中：PEEC,INC,x——x年项目消耗外购电力产生的排放量，tCO2；ECINC,x——x年项目消耗的外购电量，MWh；EFEL——电力排放因子，tCO2/MWh。（5）有机废水处理产生的CH4排放。在原MRV模型基础上对此部分排放量计算进行修改，厌氧工段产生的沼气进入焚烧炉焚烧。计算内容对应表1中序号3排放源。F2CH4,INC,x=WINC,x×CODin,INC,x-CODout,INC,x-SO×BO×MCFWW-RWW,BINC,x×10-3 (6)PEWW,INC,x=GWPCH4×F2CH4,INC,x×1-ŋINC (7)式中：PEWW,INC,x——x年项目有机废水产生的CH4焚烧后排放量,tCO2e；GWPCH4——甲烷全球变暖潜势值，tCO2e/tCH4；ŋINC——焚烧炉燃烧效率，取0.97；F2CH4,INC,x——x年项目送入焚烧炉的甲烷量，tCH4；WINC,x——x年项目厌氧工段处理的废水量，m3；CODin,INC,x——x年项目厌氧处理系统进口废水中的化学需氧量浓度，kg COD/m3；CODout,INC,x——x年项目厌氧处理系统出口废水中的化学需氧量浓度，kg COD/m3；SO——厌氧废水处理系统以污泥方式清除掉的有机物总量，kg COD；BO——厌氧处理废水系统的甲烷最大生产能力，kg CH4/kg COD；MCFWW——x年项目废水处理系统的甲烷修正因子；RWW,BINC,x——x年项目废水处理系统的甲烷回收量，tCH4。（6）发电替代电网供电而避免产生的CO2排放。计算内容对应表1中序号5排放源。PEES,INC,x=ESBLF,x×EFEL (8)（7）供热替代热网供热而避免产生的CO2排放。计算内容对应表1中序号6排放源。PEHS,INC,x=HSINC,x×EFHS (9)式中：PEHS,INC,x——x年项目热力供应替代热网供热而避免产生的排放量，tCO2；HSINC,x——x年项目向热用户输送的供热量，GJ；EFHS——热力排放因子，tCO2/GJ。（8）焚烧过程中产生的CO2排放。计算内容对应表1中序号7排放源。PECO2,INC,x=EFFINC,x×44/12×∑jQINC,x×Pj,x×FCCj×FFCj (10)式中：PECO2,INC,x——x年项目焚烧过程产生的二氧化碳排放，tCO2；EFFINC,x——x年项目焚烧炉的燃烧效率；QINC,x——x年项目垃圾焚烧量，t；Pj,x——x年项目垃圾成分j的比例；Pj,x——垃圾成分j中的总碳含量比例；FFCj——垃圾成分j总含碳量中化石碳比例（重量比例）；j——垃圾成分。（9）焚烧过程中产生的CH4和N2O排放。计算内容对应表1中序号8排放源。PECH4,N2O,INC,x=QINC,x×EFN2O,m×GWPN2O+EFCH4,m×GWPCH4 (11)式中：PECH4,N2O,INC,x——x年项目焚烧处置产生的甲烷和氧化亚氮排放，tCO2e；QINC,x——x年项目焚烧处置的城市生活垃圾量，t；EFN2O,m——与垃圾焚烧方式m相关的氧化亚氮排放因子，tN2O/t；EFCH4,m——与垃圾焚烧方式m相关的甲烷排放因子，tCH4/t；GWPN2O——氧化亚氮全球变暖潜势值，tCO2e/tN2O；GWPCH4——甲烷全球变暖潜势值，tCO2e/tCH4。3.2计算前提条件3.2.1研究对象的选择选择华北电网的北京主城区作为研究对象，电网基准线排放因子为0.941 9 tCO2/MWh[4]。3.2.2城市生活垃圾特性北京市原生垃圾数值参考文献[5]。生活垃圾在垃圾池内存储时会渗出渗沥液，去除这部分水分后折算入炉垃圾物理成分比例。北京市生活垃圾物理特性如表2所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.04.017.T002表2北京市生活垃圾物理特性垃圾类型物理成分比例含水率食品废物纸类竹木织物塑料渣石玻璃金属原生垃圾66.2010.903.301.2013.103.901.000.4063.3入炉垃圾60.5612.723.851.4015.294.551.170.4749.0%北京市某垃圾焚烧发电厂的设计及运行数据与表2中入炉垃圾物理成分基本吻合，且垃圾的低位设计热值约为7 500 kJ/kg。因此，文中计算使用的垃圾低位热值为7 500 kJ/kg。3.2.3焚烧发电厂计算条件假定北京市主城区新建1座处理规模为1 500 t/d的焚烧厂，配置2台750 t/d的机械炉排炉焚烧炉，利用余热发电送入当地电网，垃圾池及渗沥液处理站产生的沼气进入焚烧炉焚烧。入炉垃圾热值7 500 kJ/kg，入炉垃圾含水率为49%，热电转化率为25%，厂用电率为20%。3.3计算结果针对序号1排放源，按照理论及理想状态计算其温室气体排放量。序号4排放源按照无组织排放和回喷焚烧炉两种不同方式计算2个结果。垃圾焚烧发电厂温室气体强度计算结果如表3所示。有效管理序号4排放源的可以实现很低的温室气体排放强度。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.04.017.T003表3垃圾焚烧发电厂温室气体强度计算结果序号名称温室气体排放强度序号4无组织排放序号4回喷焚烧炉1排放源1-垃圾池内沼气入炉燃烧产生的CH4排放0.000 012排放源2-化石燃料燃烧产生的CO2排放0.001 003排放源3-外购电力产生的CO2排放0.009 004排放源4-有机废水处理产生的CH4排放0.093 000.002 805排放源5-发电替代电网供电而避免产生的CO2排放0.392 006排放源6-供热替代热网供热而避免产生的CO2排放07排放源7-焚烧过程中产生的CO2排放0.498 008排放源8-焚烧过程中产生的CH4和N2O排放0.003 709项目实际排放强度=1+2+3+4+7+80.618 000.528 0010项目当量排放强度=1+2+3+4+7+8-5-60.226 000.136 00注：项目当量排放强度为项目实际排放强度减去因发电/供热而避免产生的CO2排放量。根据表3中的数据，对比生活垃圾焚烧发电厂内各排放源的实际排放强度。垃圾焚烧发电厂各温室气体排放源实际排放强度对比如图3所示。生活垃圾焚烧发电厂每吨垃圾减少0.392 t温室气体排放。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.04.017.F003图3垃圾焚烧发电厂各温室气体排放源实际排放强度对比经过优化设计和运行管理的焚烧厂，项目实际排放强度为每吨垃圾排放0.528 tCO2e，而项目当量排放强度仅为每吨垃圾排放0.136 tCO2e。若仅渗沥液处理站厌氧工段产生的沼气排放源无组织排放，项目当量排放强度增大至每吨垃圾排放0.226 tCO2e，温室气体排放源的管理会对整个项目的排放强度具有较大影响。4结语为了控制碳排放，必须在项目规划、设计、建设、运营等全生命周期的各阶段注入减碳理念。MRV制度是碳交易体系的实施基础，制定科学完善的MRV监管体系可以帮助利益相关方认可数据，从而增强碳交易体系的可信度，是碳市场平稳运行的保证，也是企业低碳转型、区域低碳宏观决策的重要依据。在“双碳”背景下，垃圾焚烧发电乃至整个固废行业应基于监测、报告和核查（MRV）的程序进行具体温室气体排放的核算。